Красноуфимский филиал

ГБОУ СПО «Свердловский областной медицинский колледж»

Газовые законы

Методическая разработка учебного занятия

ОДП.02.01 Физика

Преподаватель Серебренникова А.Н.

2016


Учебное занятие "Газовые законы"

Ц е л и з а н я т и я :

1. Образовательная
Закрепить основные положения молекулярно-кинетической теории идеального газа; выяснить теоретическую зависимость макроскопических п а р а м е т р о в и и х у с л о в и й и з м е н е н и я ; 2.
Развивающая
Продолжить развитие творческих способностей, умение сравнивать, в ы я в л я т ь з а ко н о м е р н о с т и , о б о б щ ат ь , л о г и ч е с к и м ы с л и т ь ; 3.
Воспитывающая
Воспитание личностных качеств: взаимопомощи, организованности, удовлетворения от проделанной работы. Продолжить формирование познавательного интереса студентов. В целях интернационального воспитания обратить внимание студентов, что физика развивается б л а г о д а р я р а б о т а м ученых разных стран и исторических времён. Продолжить формирование стремления к глубокому усвоению теоретических знаний через решение задач.
Формы и методы работы:
фронтальная беседа, самостоятельная работа студентов, лекция с использованием презентации, решение графических задач.
Тип урока
– урок изучения нового материала.
Место проведения
– учебная аудитория
Структура занятия
Организационный момент – 2 мин. Постановка цели и задач урока –10 мин. Повторение пройденного материала – 20 мин. Изучение нового материала – 30 мин. Решение задач – 20мин. Подведение итогов урока, рефлексия – 5 мин. Объяснение домашнего задания – 3 мин.

Ход занятия

І. Организационный этап.
1.1. Формулировка темы и целей урока. 1.2. Мотивация урока І. Мотивационный этап. 1. На прошлом занятии, используя те знания, что у вас уже есть, достаточно просто получили уравнение состояния идеального газа. И теперь, зная это уравнение, можно вывести все три газовых закона. Но в истории физики эти открытия были сделаны в обратном порядке: сначала экспериментально были получены газовые законы , и только потом они были обобщены в уравнение состояния. Этот путь занял почти 200лет. 2. Сегодня мы попробуем повторить путь известных физиков и самостоятельно получить формулировки газовых законов.
II. Актуализация знаний.
Повторение и закрепление основных понятий и формул молекулярно- кинетической теории. 1. Какая физическая идеализированная модель используется в МКТ? Дайте характеристику этой модели. 2. Получите формулу связи давления и средней кинетической энергии молекул газа. 3. Какая макроскопическая величина характеризует состояние теплового равновесия? 4. Каковы преимущества абсолютной шкалы температур? 5. Что такое абсолютный нуль температуры? 6. Запишите основное уравнение МКТ идеального газа. 7. Запишите уравнение состояния идеального газа. Какой газ называется идеальным? 8. Перечислить параметры, характеризующие состояние идеального газа. 9. Как называются эти параметры? 10. Какое уравнение связывает между собой эти параметры? 11. Каким образом газ оказывает давление на стенки сосуда? 12. Как объём связан с микроскопическими параметрами?

III. Изучение нового материала.
1.
Постановка проблемы
1. Провести беседу по следующим вопросам. Как установить закономерности между макроскопическими параметрами газа одной и той же массы. 2. Какие параметры газа называются макроскопическими? Если одновременно меняются все характеристики состояния газа. То трудно установить какие-либо закономерности. 3. Как можно упростить решение данной проблемы? Проще изучить процессы, в которых масса и один из трех макроскопических параметров остаются неизменными.
Определение
. Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров называются
изопроцессами.
Они происходят в природе и осуществляются в технике при постоянной массе, m = const. По ходу занятия вы будете весь новый материал систематизировать и заносить в таблицу: Название процесса Постоянный параметр Связь между другими параметрами Объяснение связи между параметрами с точки зрения МКТ График изопроцесса Изотермически й Т=const Изобарный Р = const Изохорный V = const 2.
Первый газовый закон
. Первый газовый закон был открыт английским ученым Р. Бойлем (1627 – 1691) в 1662 году. Работа называлась «Новые эксперименты, касающиеся воздушной пружины». Бойль изучал изменение давления газа в зависимости от объема при постоянной температуре. Независимо от Бойля несколько позднее французский ученый Э. Мариотт пришел к тем же выводам. Поэтому закон получил название Бойля-Мариотта.

Формулировка 1 .
Д а вл е н и е г а з а д а н н о й ма с с ы п р и п о с тоя н н о й т е м п е р а т у р е обратнопропорционально объему этого газа. Р 1 Р 2 = V 2 V 1 , m = const, T= const
Формулировка 2.
Произведение давления газа данной массы при постоянной температуре на его объем не изменяется. PV = const, m = const, T= const
Определение.
Процесс, протекающий при постоянной температуре (Т=const), называется
изотермическим.
Этот процесс можно изобразить графически в прямоугольной в системе координат, где по оси абсцисс отложен объем V, а по оси ординат – давление Р. График изотермического процесса изображается гиперболой и называется изотермой. Р V Изотермическим процессом приближенно можно считать процесс медленного сжатия воздуха или расширение газа под поршнем насоса при откачке его из сосуда.
3. Второй газовый закон.
Второй газовый закон был открыт французским физиком Шарлем Жаком Александром Сезаром. Он в 1787 году установил зависимость давления идеального газа от температуры. Закон получил название закона Шарля.
Формулировка 1.
Давление газа данной массы при постоянном объеме прямопропорционально абсолютной температуре этого газа Р 1 Р 2 = Т 1 Т 2 , m = const, V=const

Формулировка 2.
Отношение давления газа данной массы при постоянном объеме к его абсолютной температуре не изменяется. P T = const , m = const, V=const
Определение.
Процесс, протекающий при неизменном объеме (V = const), называется
изохорным
. Этот процесс можно изобразить графически в прямоугольной в системе координат, где по оси абсцисс отложена абсолютная температура Т, а по оси ординат – давление Р. График изохорного процесса изображается прямой, не проходящей через начало координат, и называется изохорой. Р Т При низких температурах эта зависимость не линейная, так как при определенной температуре газ превращается в жидкость. Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом.
3. Третий газовый закон.
Третий газовый закон был открыт французским химиком и физиком, иностранным почетным членом Петербургской академии наук (1829) Гей- Люссаком Жозефом Луи. Он в 1802 году установил зависимость объема идеального газа от температуры. Закон получил название закона Гей- Люссака.
Формулировка 1.
Объем газа данной массы при постоянном давлении прямопропорционально абсолютной температуре этого газа V 1 V 2 = Т 1 Т 2 , m = const, P = const

Формулировка 2.

Отношение давления газа данной массы при постоянном объеме к его
абсолютной температуре не изменяется V T = const , m = const, P = const
Определение.
Процесс, протекающий при неизменном давлении (Р= const), называется
изобарным
Этот процесс можно изобразить графически в прямоугольной в системе координат, где по оси абсцисс отложена абсолютная температура Т, а по оси ординат – объем V. График изобарного процесса изображается прямой, не проходящей через начало координат, и называется изобарой. V Т При низких температурах эта зависимость не линейная, так как при определенной температуре газ превращается в жидкость. Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. После изучения каждого закона проводится фронтальный эксперимент – исследование справедливости закона.
Эксперимент

1
: Вставьте воронку в горлышко бутылки и укрепите ее пластилином так, чтобы не проходил воздух. Быстро влейте в воронку полстакана воды. Опустите сквозь воронку в бутылку длинную соломинку и выпустите воздух из бутылки. Теперь вся вода, которая держалась в воронке, выльется в бутылку, заняв место воздуха.
Эксперимент 2:
Налейте в плоскую тарелку немного воды. Возьмите стакан, нагрейте воздух внутри стакана с помощью зажженной бумаги и опрокиньте стакан на тарелку. Вода входит в стакан.

Эксперимент

3:
Возьмите пробирку и плотно закройте трубкой малого диаметра, в которую налейте небольшое количество подкрашенной жидкости. Опустите пробирку в стакан с теплой водой. Следите за изменением давления по манометрической трубке.
I V. Закрепление нового материала

1.Решение задач.

Задача 1.
В сосуд вместимостью 0,5 м 3 находится газ под давлением 4∙ 10 5 Па. Какой о бъе м буд е т за н и мат ь э тот га з п р и д а вл е н и и 2 , 5 1 0 5 П а ? Ответ. V 2 = 0,8 м 3.
Задача 2.
Построить изотермы в координатах ( Р,Т) и (V,Т)
Задача 3.
Газ при температуре 27°С занимает объем 600см 3 . Какой объем займет этот газ при температуре 377°С и постоянном давлении? Ответ. 1300 см 3
Задача 4.
Построить изобары в координатах ( Р, Т) , (V, Т) и ( Р,V)
Задача 5.
Газ находится в баллоне при температуре 250К и давлении 8 ∙10 5 Па. Определить давление газа в баллоне при температуре 350К. Ответ. 11,2∙10 5 Па
Задача 6.
Построить изохоры в координатах ( Р,Т) , (V,Т) и ( Р,V) 2. Проанализировать графики изопроцессов газов. Если дан замкнутый цикл изменения состояния газа при неизменной массе. Каким изопроцессам соответствуют отдельные участки цикла? Записать уравнение каждого участка цикла. Построить в недостающих координатах. Р 1 2 4 3 Т 1. Какой изопроцесс изображен на каждом участке графика? 1-2 Р = const, Изобарное нагревание 2-3 Т= const, Изотермическое расширение
3-4 Р = const, Изобарное охлаждение 4-1 V=const, Изохорное нагревание 2. Как изменяются параметры?
IV. Итоги занятия и домашнее задание.
1. Преподаватель завершает урок, подводя итоги, выставляет оценки за решение задач. 2. Рефлексия. 3. Домашнее задание . §54 Задача 1. Воздух под поршнем насоса имел давление 10 5 Па и объем 200 см 3 . При каком давлении этот воздух займет объем 130 см 3 , если его температура не изменится? (Ответ. Р = 1,5∙10 5 Па) Задача 2. Газ занимает объем 2 м при температуре 273ºС. Каков будет его объем при температуре 546 ºС и прежнем давлении? (Ответ. V = 3 м 3 .) Задача 3. Газ занимал объем 12,32 л. Его охладили при постоянном давлении на 45 К, и его объем стал равен 10,52 л. Какова была первоначальная температура газа? (Ответ. Т = 308К)
Используемая литература
1. Касьянов В.А. Учебник физики: 10 класс. Профильный уровень - Дрофа, 2006. 2. Сборник задач по физике. Сост. Г.Н. Степанова. - Просвещение, 1998-2002. 3. Буров В.А., Зворыкин Б.С.. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы. – М: Просвещение, 1971